永蓝东路桥挂篮仿真分析
黄 金1,刘 强2
【摘 要】摘 要:通过空间有限元软件MIDAS/civil对永蓝东路桥施工中所使用的挂篮进行仿真分析。分别计算了挂篮在最重梁段浇筑、挂篮行走两种工况荷载作用下,挂篮结构的应力大小及总体变形。并对挂篮的强度、刚度进行了整体校核。此外,还计算了挂篮局部结构,以保证结构局部强度、刚度符合设计规范要求。为最终设计定型,优化结构设计,保证结构安全提供了有力的理论依据。 【期刊名称】水利与建筑工程学报 【年(卷),期】2011(009)006 【总页数】5
【关键词】关键词:挂篮;仿真分析;应力;总体变形;局部强度
0 引 言
挂篮是悬臂施工中的主要设备,按结构形式可分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式四种。挂篮施工是指浇筑较大跨径的悬臂梁桥时,采用吊篮方法,就地分段悬臂作业。它不需要架设支架和不使用大型吊机。挂篮施工较其他方法,具有结构轻、拼制简单方便、无压重等优点。20世纪60年代,前联邦德国首先使用挂篮悬臂浇筑施工技术,发展至今已成为修建大、中跨径桥梁的一种有效施工手段。我国于20世纪80年代开始使用这种技术,已取得了巨大成就。王猛等人[1]介绍了延安市西沟大桥主桥连续箱梁混凝土悬浇所用挂篮的结构型式、设计参数的选择、制作安装、技术特点、施工工艺及注意事项。夏争志等人[2]介绍了在桥梁悬臂施工中利用反拉加载技术进行挂篮加载试验的方法及试验结果。鲜正洪等人[3]以烂柴湾大桥为工程背景,介绍了主桥悬臂浇注所采用的梯形挂篮的荷
载分析、结构设计、结构空间有限元分析计算及挂篮的实际应用。胡宗浩等人[4]针对黄墩大桥单索面、宽主梁的结构特点,采用后锚点挂篮,并建立有限元模型分析了挂篮结构和主梁节段的受力特性和安全性。胡家平[5]结合工程实例,阐述了三角挂篮的设计,通过对挂篮组件的计算降低挂篮重量,达到节约钢材、满足工况、降低施工难度的要求。
本文拟通过有限元软件MIDAS/civil对永蓝东路桥施工中所使用的挂篮进行仿真分析。分别计算挂篮结构在最重梁段浇筑、挂篮行走两种工况下结构的应力与变形,来检验挂篮整体强度与刚度。同时为保证结构局部强度与刚度要求,分别对连接销、斜拉带、后锚固、行走小车连接销及销板、后行走桁架及其斜拉杆、牵引力等进行了分析与计算。
1 工程概况及工程特点
1.1 工程概况
永蓝高速公路工程位于湖南蓝山县境内,是跨越湘粤边界南岭山山脉的重要通道。其中东路桥处跨越山谷,墩高67.3 m,是主线与隧道口的重要联接工程。该桥为左右线分离式,左线结构形式为6 m×30 m T梁+(45+4×78+45)m连续箱梁+4 m×30 m T梁;右线结构形式为5 m×30 m T梁+(45+4×78+45)m连续箱梁+5 m×30 m T梁。该桥宽度最大处为右线14.00 m;现浇箱梁单节长度最长为3.5 m,单节最重为109.2 t;两幅桥梁顶板、底板横坡均为4%,顶板纵坡3%;最小平弯半径为1200 m;该桥为弯度大、坡度大的桥型结构。 1.2 工程特点
(1)地形复杂,山谷高深。施工场地位于谷口,地形陡峻,风速高,风载较大,对于挂篮施工的稳定性有极大的影响。
(2)桥梁顶板、底板横坡均为4%,坡度大引起挂篮在施工时截面重心偏移,对于桥型的平弯弧度控制、整体稳定性都有很大影响,阶段调整复杂。
(3)桥梁底板纵坡为高次曲线。单块梁段在施工中,挂篮前后缘相差55cm(底板坡度10%),对于底板结构要求调平措施严格。
2 挂篮仿真分析
2.1 挂篮设计
挂篮形式:三角形挂篮形式(依照桥梁设计、整体施工组织设计及现有工程技术与设备采用了三角形挂篮方式)。挂篮质量与梁段混凝土的质量比值宜控制在0.3～0.5之间。
主要设计参数:①设计应力应符合钢结构设计规范要求;②最大位移(包括吊带变形的总和)取20mm;③抗倾覆安全系数取2;④自锚固系统的安全系数取2;⑤斜拉水平限位系统安全系数取2;⑥整体稳定性系数不小于4。
荷载系数取值(其取值应符合交通部颁发的公路桥涵设计与施工规范[6-7]):①考虑箱梁混凝土浇注时胀膜等因素的超载系数取1.05;②浇注混凝土时的动力系数取1.2;③挂篮空载行走时冲击系数取1.3;④浇筑混凝土和挂篮行走系数时抗倾覆稳定系数取1.5。 挂篮材料详见表1。
挂篮荷载:最重梁段为6#梁,总重量107.0 t。翼板荷载:依据梁截面混凝土高度而等效的面荷载;顶、底板荷载:考虑施工上顶板与底板的关系,面荷载直接加在底板上;腹板:按6#中间截面高度的等效面载荷计算。各部位载荷见表2。 2.2 数值计算
本文利用有限元软件MIDAS/civil分别对挂篮结构在最重梁段(6#梁)浇筑、挂
永蓝东路桥挂篮仿真分析
